JPS5851464B2 - 位相スリツプ検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は搬送波の位相スリップ検出装置に係り、特にデ
ィジタル位相変調方式における搬送波の再生のための手
段および復調されたデータ信号に現れる位相スリップの
影響を除去する手段に有効な位相スリップ検出装置に関
する。

近年、データ通信やファクシミリ通信が盛んとなり、そ
のデータ信号の伝送手段としてディジタル位相変調方式
が地上のマイクロ波回線をはじめとして衛星通信回線に
も広く用いられている〇ディジタル位相変調波を復調し
て正しいデータ信号を得るには、受信されたディジタル
位相変調波から搬送波成分（同期信号）を正しく再生す
ることが不可欠となる。

この目的のために設けられる回路を一般に搬送波再生回
路、これによって再生された搬送波成分を再生搬送波と
呼んでいる。

ところで、再生搬送波には位相の不確定性が存在し、受
信側で送信側の絶対的な位相基準を知ることが一般的に
不可能なため、伺らかの位相不確定性を除去する技術を
用いたデジタル位相変調方式が用いられている。

この内、もつとも広く用いられているのは送信データに
あらかじめ差動変換を施しておき、受信側で送信側と逆
の変換を行なう差動位相ディジタル位相変調方式である
。

この方式は、復調データのビット誤りが後述の絶対位相
ディジタル位相変調方式の倍になるという欠点を有する
が、一方位相不確定性を容易に除去することができると
いう利点をもっている。

また、送信側の絶対位相基準を受信側で知ることによっ
てデータを復調する絶対位相ディジタル位相変調方式も
、誤り訂正符号と関連して種々の分野で実用化されてい
る。

その主な理由は、前述の差動位相ディジタル位相変調方
式ではビット誤りが大きくなり、且つ誤り事象が２つ組
になって現われる特殊なバースト誤りを生起させるため
、複雑な誤り訂正符号が必要となるのに対し、絶対位相
ディジタル位相変調方式では、誤りパターンがランダム
となるため、ランダム誤り訂正符号を広く用いることが
できるようになるからである。

この絶対位相ディジタル位相変調方式においては、送信
データ系列に既知のパターンを挿入して絶対位相基準を
得ているのが一般的であり、連続モードの場合には周期
的に搬送波情報を挿入することにより、またＴＤＭＡ方
式のようなバーストモードの場合には前置語内のユニー
クワードの検出極性により位相の不確定性を除去してい
る。

さらに誤り訂正符号を用いた場合には、復号後のシンド
ロームパターンの極性により位相の不確定性を除去する
方式も知られている。

このように、絶対位相ディジタル位相変調方式は、ビッ
ト誤り特性や誤り訂正符号が用いられる容易さの点で差
動位相ディジタル位相変調方式よりも優れているが、こ
の方式を用いるに際しては絶対位相基準を受信側で正し
く確立することが必須の条件である。

しかし、通信路を介して受信されるディジタル位相変調
波には通信路の雑音が重畳されており、この雑音成分が
、後述するプロセスによって再生された搬送波に位相ジ
ッタおよび位相スリップを生起させる。

これらの位相ジッタや位相スリップをもった再生搬送波
を基準として、受信したディジタル位相変調波を検波し
た場合、位相ジッタは差動および絶対位相ディジタル位
相変調波の復調データにランダム誤りを生起させるし、
また位相スリップは変調方式に応じて次のような誤りを
生起させる。

すなわち、差動位相ディジタル位相変調波に対しては、
位相スリップが生起するのに要する時間のみ復調データ
にバースト誤りが生じ、一方絶対位相デイジタル位相変
調波の場合は、位相スリップが生じた時点より、正しい
絶対位相に再びスリップするまでの間、もしくは、正し
い絶対位相情報が来るまでの間、すべての復調データに
バースト誤りが生じ、位相スリップによるデータの損失
（誤り）が極めて大きくなる０ このように、位相スリップは絶対位相ディジタル位相変
調波に対する影響が特に太きいが、従来の技術では、情
報伝送速度を犠牲にして搬送波位相情報を伝送する間隔
を短かくすること以外には有効な手段は講じられていな
かった。

搬送波に雑音が重畳した場合の信号Ｖ（ｔ）は、搬送波
の振幅をＡ、角周波数をωとし、雑音成分をｎ（ｔ）と
したとき次式で与えられる。

Ｖ（ｔ）−Ａｃｏｓωｔ＋ｎ（ｔ） ・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・Ｃ１）いま、雑音成分ｎ
（ｔ）が搬送波の振幅および位相に与える影響を調べ
てみると図１のようになる０図１は雑音成分ｎ （ｔ）
の変化のうち、後述するような代表的な４つの事象を（
１）〜ＯＶ）に表わしたものであり、（ψ欄にはそれぞ
れの事象におけるＶ（ｔ）のベクトル図を、（ロ）欄に
はＶ（ｔ）の瞬時位相θ（１）を表わしている。

さらに（γ）欄にはそれぞれの事象におけるＶ（ｔ）の
瞬時位相の微分波形を（δ）欄には前記微分波形の積分
波形を示している。

雑音成分ｎ （ｔ）の変化のうち、図１（１）〜（Ｎに
示した代表的な事象とはそれぞれ次の場合である〇（［
）雑音成分Ｉｎ（ｔ）ｌが搬送波成分Ａに比べて十分小
さい場合であり、位相変化θ（１）は（ロ）欄に示すよ
うにランダムな変化で位相ジッタとなる０（１１）雑音
成分Ｉｎ（ｔ）１が搬送波成分Ａよりも大きくなり、か
つ合成ベクトルが原点Ｏを囲んで廻る場合であり、位相
変化θ（１）は（β欄に示すように２π進み、位相スリ
ップとなる０ （［１０雑音成分１ ｎ（ｔ） ｌが搬送波成分Ａより
も瞬時的に大きくなるが、合成ベクトルが原点Ｏを囲ま
ない場合であり、（ｆ／）欄に示すような位相変化をす
るが位相スリップとはならない。

この事象も位相ジッタの一種である。

４Ｖ） 雑音成分Ｉ ｎ（ｔ） ｌが搬送波成分Ａよ
り瞬時的に大きくなるが、合成ベクトルが原点Ｏの近傍
に近づき、再び搬送波ベクトルに戻る場合であり、（７
９１欄に示すような位相変化をするが、位相スリップと
はならない。

位相ジッタの一種である。本発明の目的は、図１（ｉｉ
）で説明した事象を図１（ｉ） 、 （ｉｉＤおよび（
ｉＶ）の事象と区別して、位相スリップの発生を正しく
検出することのできる位相スリップ検出装置を提供する
ことにある。

この目的を遠戚するためには、図１（γ）欄および（０
欄に示すように信号Ｖ［）の瞬時位相を微分検出した後
、さらに積分すれば良いことがわかる０なお、図１（１
１）では雑音成分ｎ（ｔ）の変化Ｏこより、合成ベクト
ルＶ（ｔ）が反時計方向に回転し位相が２π進んだ場合
を説明したが、時計方向に回転した場合は位相が２π遅
れ、瞬時位相の微分波形およびその積分波形は負極性パ
ルスとして検出されることは自明であろう。

次に図２に示した本発明の実施例について説明する。

図において１は入力端子であり、前述の（１）式で与え
られ、図１の（／３）欄に示される位相変化をしている
（ψ欄の合成ベクトル信号Ｖ（ｔ）が入力となる。

２は周波数検波器であり、入力信号Ｖ［ｔ）の瞬時周波
数を検出し、図１の（γ）欄に示す位相の微分波形を求
めるものである。

したがってここでいう周波数検知器としては包絡線検波
器と微分器との複合型の検波器等あらゆる方式の周波数
検波器が適用できることはいうまでもない。

３は前記周波数検波器の出力を積分し、図１（γ）欄ｌ
こ示した波形の中から図Ｈｉｉ）に示した位相スリップ
に相当する波形のみを出力するための積分器、である。

この場合の積分時間は、搬送波抽出用バンドパスフィル
タの帯域幅に応じて適当に設定される。

なお、前記積分器は、例えば低域フィルタで構成するこ
とができる０図１ （ｉｉｉ）およびＯＶ）の事象にお
いて積分器（低域フィルタ）３の出力にθ（１）のパル
ス成分が現れない理由は１、 となるからである。

以上のように、搬送波と雑音の和からなる信号Ｖ（ｔ）
に、雑音に起因する搬送波の位相スリップがある場合、
周波数検波器２と低域フィルタ（積分器）３を用いるこ
とにより一意的にその事象を検出できることが明らかで
ある。

また、本実症例においては、しきい値開路４を設け、低
域フィルタ３の出力に現われるパルスの極性により正の
位相スリップ（２πの進み）であるか、負の位相スリッ
プ（２πの遅れ）であるかを判別するととも（こ、出力
端子５に出力するパルスの波形を整形している０ 以上説明したように、本発明によれば雑音に起因する位
相スリップを簡単な構成により正確にかつ効果的に検出
することができる。

したがって、本発明は位相スリップが問題となる通信系
に幅広く応用することができる。

次に図３を用いて本発明の応用例について説明する。

この応用例は本発明の位相スリップ検出装置を搬送波再
生回路に適用し、搬送波成分−したがって再生搬送波か
ら位相スリップを除去する機能をもたせた搬送波再生方
式である。

図３において、２は周波数検波器、３は低域フィルタ、
４はしきい値開路であり、図２の実施例と全く同じ動作
により位相スリップを検出する０６はｎてい倍周波数成
分導出回路で、雑音を伴うｎ相ディジタル位相変調波か
ら搬送周波数のｎ倍の周波数成分を取り出すためのもの
で、従来の技術においても必ず設けられていたものであ
る。

このｎてい倍周波数成分導出回路６の出力信号すなわち
搬送周波数のｎ倍の周波数成分は前述の（１）式で示し
たＶ（ｔ）に相当する。

この信号は２分岐され、一方は位相スリップ検出のため
周波数検波器２に導かれるとともに、他方は遅延回路７
に導かれる。

遅延回路７は、後続する移相回路８において、しきい値
開路４からのパルスの到達時刻と、信号成分Ｖ（ｔ）上
の位相スリップの発生時刻とを一致させるための時間調
整機能をもつものである。

このように時刻一致がとられているから、しきい値開路
４において正の位相スリップ（２πの進み）が判別され
、正のパルスが出力された場合には、これと同時に、移
相回路８０こおいて遅延回路出力を２πだけ遅らせれば
信号成分Ｖ（ｔ）から位相スリップを除去することがで
きる。

また、反対にしきい値開路４において負の位相スリップ
（２πの遅れ）が判別され、負のパルスが出力されたと
きは、それと同時に遅延回路７の出力を２π進ませれば
信号成分から位相スリップを除去することができる。

このように位相スリップの除去された信号成分は、公知
の搬送波処理回路（図示せず）に供給され、そこで分周
されて再生搬送波に変換される。

図４は本発明の他の応用例で、図３の搬送波再生方式に
おいて、ｎてい倍周波数成分導出回路６と遅延回路Ｔと
の間に搬送波処理回路９を設けたものである。

搬送波処理回路９は、ディジタル位相変調波の検波に用
いる搬送波とするために、ｎてい倍周波数成分導出回路
６によって導出された信号成分の周波数を変換、たとえ
ば分周するためのものである〇 このような搬送波処理回路９が設けられた場合は、明ら
かなように、再生搬送波周波数の分局比ｎに応じて移相
回路８による移相量を変化させる必要が生ずる。

すなわち搬送波成分の周波数をｆｏとするとき、ｆ、に
生起する位相スリップは２πの進みまたは遅れとして現
われるが、ｆｏ／ｎに分周された再生搬送波の場合にお
ける位相スリップの影響は２π／ｎとして現われる。

従って、図４の場合は、この事を考慮して移相回路８に
おける移相量を決定しなければならない。

その他は全て図３の実施例と同じに考えることができる
。

以上のように本発明である位相スリップ検出装置を搬送
波再生回路に適用すれば、絶対位相ディジタル位相変調
方式に対して、位相スリップの除去された再生搬送波を
容易に得ることができ、ディジタル位相変調方式におい
て、従来比較的困難とされていたバースト誤りの除去を
容易ならしめることができる。

【図面の簡単な説明】

図１は雑音を含む搬送波の変化状態を説明するための図
、図２は本発明の１実施例のブロック図、図３および４
はそれぞれ本発明の応用例のブロック図である。 ２・・・・・・周波数検波器、３・・・・・・低域フィ
ルタ、４・・・・・・しきい値回路、６・・・・・・ｎ
てい倍周波数成分抽出回路、７・・・・・・遅延回路、
８・・・・・・移相回路、９・・・・・・搬送波処理回
路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 受信されたｎ相位相変調波から導出した搬送周波数
   のｎ倍の周波数成分の瞬時周波数を検出する周波数検波
   器と、前記周波数検波器の出力を積分する積分器とを具
   備し、前記積分器の出力レベルがしきい値を越えたとき
   に位相スリップが生じたことを判定することを特徴とす
   る位相スリップ検出装置。